Wasserpflanzen können bei der Entfernung von Verunreinigungen durch Abraum aus Eisenminen wirksam sein, wie eine Studie zeigt

Brasilianische Forscher haben die Mechanismen analysiert, mit denen Mündungspflanzen Eisen absorbieren, und ihre Ergebnisse genutzt, um eine vielversprechende Phytoremediationstechnik für die Sanierung von Wasser und Böden zu empfehlen, die durch Umweltkatastrophen wie den Einsturz des Abraumdamms der Eisenmine Fundão im Jahr 2015 in Mariana, Minas, kontaminiert wurden Bundesstaat Gerais (Südostbrasilien). Ein Artikel über die Studie ist in der veröffentlicht Zeitschrift für gefährliche Materialien.

Die Forscher schlussfolgern, dass Typha domingensis, ein Schilfrohr, dessen gebräuchlicher Name Südlicher Rohrkolben ist, die Auswirkungen von Eisenerzrückständen (Bergbauabfällen) auf die natürliche Umwelt wirksam mildert.

Sie führten Feldforschungen in Regência im Bundesstaat Espírito Santo an der Mündung des Flusses Doce nahe der Grenze zu Minas Gerais durch. Das Gebiet wurde von einem Teil der 50 Millionen Kubikmeter (m3) Abraum überschwemmt, die freigesetzt wurden, als der Damm bei der schlimmsten Umweltkatastrophe in der brasilianischen Geschichte brach. Sie analysierten die Rolle von T. domingensis (der durchschnittlich etwa 2,5 m hoch wird und kaffeefarbene Blütenrispen hat) und Hibiscus tiliaceus (oft als Strandhibiskus bezeichnet, ein 4-10 m hoher Baum mit gelben Blüten) in der Biogeochemie von Eisen und deren potenzielle Beteiligung an der Phytoremediation, der Verwendung lebender Pflanzen zur Reinigung von Boden, Luft und Wasser.

41 Städte in Minas Gerais und Espírito Santo waren betroffen, als der Damm am 5. November 2015 brach und 19 Menschen starben. Der Giftmüll hat schätzungsweise 240,8 Hektar Atlantischen Regenwald verseucht und 14 Tonnen Fisch getötet. Seitdem wurden viele Projekte und Programme gestartet, um den Schaden zu mindern.

„Unsere Studie kam zu dem Schluss, dass T. domingensis effizienter war als H. tiliaceus, weil sein Wurzelsystem eine weitaus größere Versauerungskapazität hatte und auch weil es mehr Eisen in den oberirdischen Teilen ansammelte. Dies ist eine wichtige Erkenntnis für zukünftige Phytoremediationsstrategien“, sagte Tiago Osório Ferreira, letzter Autor des Artikels. Ferreira ist Professorin am Institut für Bodenkunde der Luiz de Queiroz Hochschule für Landwirtschaft (ESALQ-USP) der Universität São Paulo.

„Die Eisenanhäufung durch T. domingensis und sein Sanierungspotenzial sind gute Nachrichten. Abgesehen davon, dass es mehr Eisen in den oberirdischen Teilen ansammelt und einfacher zu handhaben ist, ist es auch H. tiliaceus vorzuziehen, weil es schneller wächst“, sagte Prof. Ferreira gegenüber Agência FAPESP.

Die Gruppe sei anderen in ihrer Forschung voraus, sagte er, aufgrund der Verbindung zwischen Bodengeochemie und Biologie mit konsistenten Ergebnissen, die sich auf Eisen und Spurenelemente wie Nickel, Chrom, Kupfer und Blei konzentrieren, die eine Umweltquelle darstellen können Verschmutzung auch in geringen Konzentrationen.

Eisen ist reichlich vorhanden und ein wichtiger Nährstoff für Pflanzen. Es wird selten als Schadstoff wahrgenommen, aber in wassergesättigten Böden mit geringer Sauerstoffversorgung, wie im Fall der Mündung, können Mikroorganismen organische Stoffe und Eisenoxid verwenden, um Energie in einem Prozess zu gewinnen, der zur Auflösung von Sauerstoff und zur Freisetzung potenziell toxischer Substanzen führt. Auf diese Weise können Schadstoffe in Wasser, Boden, Pflanzen und Tiere gelangen, Ökosysteme beeinträchtigen und eine Umweltgefahr darstellen.

Ansammlung von Eisen

Um sich an eine überschwemmte Umgebung anzupassen, muss eine Pflanze ihr Wurzelsystem mit Sauerstoff versorgen, das für die Verankerung sowie die Aufnahme von Wasser und Mineralsalzen verantwortlich ist. Dies geschieht, indem es über seinen Luftteil Sauerstoff aus der Atmosphäre aufnimmt und den Sauerstoff über poröses Gewebe namens Aerenchym zu den Wurzeln überträgt. Wenn der Sauerstoff mit Eisen in Kontakt kommt, oxidiert es und bildet Eisenplaque an den Wurzeln, wodurch eine Barriere entsteht.

T. domingensis hat ein großes System von Wurzeln und Aerenchym, so dass Sauerstoffversorgung und Eisenplaque ebenfalls erheblich sind. Die Forscher haben in der Pflanze 3.874 Milligramm Eisen pro Kilo Trockenmasse gemessen, bis zu zehnmal mehr als in H. tiliaceus.

„Bei unserer ersten Feldforschungsexpedition zur Mündung des Doce River im Jahr 2015 gab es noch Inseln ohne Vegetation und mit einer Fülle von Sand. Nach der Flut von Tailings aus der Mariana-Katastrophe wurden viele dieser Inseln von Pflanzen besiedelt, und später dort war ein beträchtliches Wachstum von Rohrkolben“, sagte Ferreira und stellte fest, dass die Forscher das Gebiet seit mehr als sechs Jahren untersuchen.

Er erinnerte daran, dass die Gruppe für Studien und Forschung zur Bodengeochemie an der ESALQ-USP andere Studien auf demselben Gebiet veröffentlicht habe, wobei eine von Hermano Queiroz geleitete und ebenfalls von FAPESP unterstützte zitiert wird. Dies zeigte, dass Mangan selbst zwei Jahre nach Eintreffen der Rückstände kontinuierlich aus dem Boden in das Wasser auslaugte, und es wurden hohe Mangankonzentrationen in zwei Arten von Meereswelsen festgestellt, die routinemäßig von der örtlichen Gemeinschaft verzehrt werden (Cathoropus spixii und Genidens genidens).

„Nach all diesen Jahren der Forschung sind wir in der Lage, Strategien zur Phytoremediation mit mehr Vertrauen und Konsistenz zu entwickeln“, sagte Ferreira.

Armanda Duim Ferreira führt derzeit zwei Feldexperimente durch. Eine davon beinhaltet das Testen von Möglichkeiten zur Steigerung der Rohrkolben-Biomasseproduktion und der von der Pflanze aufgenommenen Metallmenge. Die Strategie kombiniert die Verwendung von organischen Säuren und eisenreduzierenden Bakterien mit agronomischen Praktiken wie idealer Erntehäufigkeit, Pflanzdichte und Düngung mit dem Ziel, die Zeit zu verkürzen, die für die Phytoremediation benötigt wird.